DE2812739A1

DE2812739A1 - FUEL INJECTOR

Info

Publication number: DE2812739A1
Application number: DE19782812739
Authority: DE
Inventors: Alan William Locke; Dorian Farrar Mowbray
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1977-03-26
Filing date: 1978-03-23
Publication date: 1978-09-28
Also published as: FR2384956A1; JPS53120017A; IT1093613B; GB1599525A; FR2384956B1; ES468271A1; IT7821552A0; US4156506A

Description

-A--A-

LUCAS INDUSTRIES LIMITEDLUCAS INDUSTRIES LIMITED

Birmingham, GroßbritannienBirmingham, UK

Kraftstoff-EinspritzdüseFuel injector

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Einspritzdüse mit einem Ventilkörper, der mit einem Ventilsitz zusammenwirkt, um den Austritt von Kraftstoff durch eine Austrittsöffnung unterbinden zu können, und einem elektromagnetischen Stellglied zum Wegbewegen des Ventilkörpers vom Ventilsitz, um einen Kraftstoffausfluß durch die Austrittsöffnung zu ermöglichen.The invention relates to a fuel injection nozzle with a valve body which cooperates with a valve seat to the To be able to prevent the escape of fuel through an outlet opening, and an electromagnetic actuator to move it away of the valve body from the valve seat to allow fuel to flow out through the outlet opening.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine solche Kraftstoff-Einspritzdüse einfacher und zweckmäßiger auszugestalten.The invention is based on the object of such a fuel injection nozzle easier and more appropriate to design.

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Diese Aufgabe wird bei einer Kraftstoff-Einspritzdüse des bezeichneten Typs erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ventilkörper aus einer aus magnetisierbarem Material gebildeten Scheibe besteht, der Ventilsitz durch eine Dichtfläche gebildet ist, in die eine Austrittsöffnung mündet, und das elektromagnetische Stellglied einen Spulkern mit einer der Scheibe zugekehrten Stirnfläche aufweist, die im wesentlichen parallel zu der Dichtfläche angeordnet ist, wobei die Stirnfläche eine Mehrzahl nebeneinander angeordneter Nuten enthält, in denen elektrische Wicklungen angeordnet sind, die so miteinander verbunden sind, daß bei Stromdurchfluß der Strom in benachbarten Abschnitten der Nuten entgegengesetzt gerichtet ist, sodaß benachbarte Bereiche der zwischen den Nuten liegenden Stirnfläche entgegengesetzt magnetisch polarisiert werden, wodurch die Scheibe von der Stirnfläche angezogen und von der Dichtfläche wegbewegt wird, so daß Kraftstoff durch die Austrittsöffnung ausfließen kann.This task is performed with a fuel injector of the designated type solved according to the invention in that the valve body is formed from a magnetizable material There is a disc, the valve seat is formed by a sealing surface into which an outlet opening opens, and the electromagnetic Actuator has a winding core with an end face facing the disc which is essentially parallel is arranged to the sealing surface, wherein the end face contains a plurality of juxtaposed grooves in which electrical windings are arranged which are connected to each other that when current flows through the current in adjacent Sections of the grooves is directed in opposite directions, so that adjacent areas of the end face lying between the grooves oppositely polarized magnetically, whereby the disk is attracted by the face and by the sealing surface is moved away so that fuel can flow out through the outlet opening.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen im einzelnen näher beschrieben. Es stellen dar:Preferred embodiments of the invention are described below with reference to the accompanying drawings in each described in more detail. They represent:

Fig. 1 eine geschnittene Seitenansicht durch eine erste Ausführungsform einer Einspritzdüse; 'Fig. 1 is a sectional side view through a first embodiment an injection nozzle; '

Fig. 2 eine stirnseitige Ansicht der in Figur 1 gezeigten Düse, bei der aus Gründen der Klarheit ein Teil weggelassen wurde;FIG. 2 is an end view of that shown in FIG Nozzle with part omitted for clarity;

Fig. 3 eine der Figur 2 ähnliche Ansicht einer abgewandelten Ausführungsform;3 shows a view similar to FIG. 2 of a modified embodiment;

Fig. 4 einen Teil einer geschnittenen Seitenansicht einer weiteren, abgewandelten Einspritzdüse;4 shows a part of a sectional side view of a further, modified injection nozzle;

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Fig. 5 eine stirnseitige Ansicht des Teiles der in Figur 4 gezeigten Einspritzdüse; undFIG. 5 shows an end view of the part of the injection nozzle shown in FIG. 4; and

Fig. 6 eine geschnittene Seitenansicht einer tatsächlich ausgeführten Einspritzdüse des in Figur 1 gezeigten Typs.Fig. 6 is a sectional side view of an actually implemented one Injector of the type shown in FIG.

Die Figuren 1 und 2 zeigen eine Einspritzdüse mit einem ringförmigen Außengehäuse 10, in dem ein zylindrischer, aus magnetisierbarem Material hergestellter Kern 11 mit einer im wesentlichen ebenen und senkrecht zu seiner Längsachse verlaufenden Stirnfläche 12 angeordnet ist. Das Gehäuse erstreckt sich über die Stirnfläche hinaus und ist durch einen Deckel 13 abgeschlossen, der eine Austrittsöffnung 14 enthält. Der Deckel bildet eine Dichtfläche 15, die der Stirnfläche 12 des Kernes in einem Abstand gegenüberliegt und somit eine Kammer 16 begrenzt, in die Kraftstoff durch eine im Kern vorgesehene Durchtrittsöffnung 17 eintreten kann. In der Kammer 16 ist ein Ventilkörper in Form einer Scheibe 18 angeordnet, die aus magnetisierbarem Material besteht. Die Scheibe 18 wird normalerweise mittels des durch die Durchtrittsöffnung 17 ausgeübten Kraftstoffdruckes in Berührung mit der Dichtfläche 15 gehalten.Figures 1 and 2 show an injection nozzle with an annular Outer housing 10, in which a cylindrical, made of magnetizable material core 11 with a substantially flat and perpendicular to its longitudinal axis end face 12 is arranged. The housing extends over the end face and is closed by a cover 13 which contains an outlet opening 14. The lid forms a sealing surface 15 which lies opposite the end face 12 of the core at a distance and thus delimits a chamber 16, into which fuel can enter through a passage opening 17 provided in the core. In the chamber 16 is a valve body arranged in the form of a disc 18, which consists of magnetizable material. The disc 18 is normally by means of of the fuel pressure exerted through the passage opening 17 held in contact with the sealing surface 15.

Die Scheibe ist durch magnetische Kräfte von der Dichtfläche wegbewegbar, wobei Kraftstoff durch die Austrittsöffnung 14 fließen kann. Die Einspritzdüse ist dafür vorgesehen, Kraftstoff in den der Brennkammer bzw. dem Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine zugeführten Luftstrom einzuspritzen, weshalb der Kraftstoffdruck viel niedriger ist als beispielsweise bei einem Kraftstoff-Einspritzsystem, bei dem der Kraftstoff direkt in den Verbrennungsraum oder in die Verbrennungsräume des Motors während oder am Ende des Kompressionshubes des Motors eingespritzt wird.The disk can be moved away from the sealing surface by magnetic forces, with fuel flowing through the outlet opening 14 can flow. The injection nozzle is intended to inject fuel into the combustion chamber or cylinder of an internal combustion engine injected air flow, which is why the fuel pressure is much lower than, for example, a Fuel injection system in which the fuel is fed directly into injected into the combustion chamber or into the combustion chambers of the engine during or at the end of the compression stroke of the engine will.

In die Stirnfläche 12 ist eine Mehrzahl von Nuten 19 eingelassen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind drei NutenA plurality of grooves 19 are let into the end face 12. In a preferred embodiment there are three grooves

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19a, 19b und 19c von ringförmiger Gestalt und unterschiedlichem Durchmesser vorgesehen. In jeder der Nuten ist eine Wicklung mit einer einzelnen Windung angeordnet, obwohl die Wicklungen auch je aus einer Mehrzahl von Windungen bestehen können. Die nicht gezeigten Enden der Einzelwicklungen sind so miteinander verbunden, daß die Stromflußrichtung in der Wicklung 19b entgegengesetzt den Stromflußrichtungen in den Wicklungen 19a und 19c ist. In dem in Figur 1 gezeigtem Schnitt ist die Stromflußrichtung in einzelnen Wicklungen an den Schnittstellen durch einen Punkt oder ein Kreuz angegeben.19a, 19b and 19c of annular shape and different diameters are provided. A single turn winding is disposed in each of the slots, although the windings can each consist of a plurality of turns. The ends of the individual windings (not shown) are connected to one another in such a way that the direction of current flow in winding 19b is opposite to the direction of current flow in windings 19a and 19c . In the section shown in Figure 1, the direction of current flow in individual windings at the interfaces is indicated by a point or a cross.

Wenn elektrischer Strom durch die Windungen fließt, wird die Stirnfläche 12 in ringförmige Bereiche entgegengesetzter magnetischer Polarität aufgeteilt. Bei der bevorzugten Ausführungsform bilden sich vier solche Bereiche aus, nämlich der ringförmige Bereich außerhalb der Nut 19c, der Bereich zwischen den Nuten 19b und 19c, der Bereich zwischen den Nuten 19a und 19b und der Bereich innerhalb der Nuten 19a. Das sich ergebenende magnetische Feld zieht die Scheibe 18 von der Fläche 15 weg an, um den magnetischen Widerstand des magnetischen Kreisflusses zu verringern. Dadurch wird die durch den Kraftstoffdruck auf die Scheibe 18 ausgeübte Kraft überwunden, und der Kraftstoff kann dann aus der Kammer 16 durch die Austrittsöffnung 14 ausfließen. When electrical current flows through the windings, the end face 12 is divided into annular areas of opposite magnetic polarity. In the preferred embodiment, four such regions are formed, namely the annular region outside the groove 19c, the region between the grooves 19b and 19c, the region between the grooves 19a and 19b and the region inside the grooves 19a. The resulting magnetic field attracts the disk 18 away from the surface 15 in order to reduce the magnetic resistance of the magnetic circuit flux. As a result, the force exerted on the disk 18 by the fuel pressure is overcome, and the fuel can then flow out of the chamber 16 through the outlet opening 14.

Das Ausmaß der Bewegung der Scheibe 18 auf die Stirnfläche 12 zu kann begrenzt werden, um sicherzustellen, daß die Durchtrittsöffnung 17 zur Kammer nicht durch die Scheibe blockiert wird, und auch um die Rückbewegung der Scheibe zu erleichtern, wenn der elektrische Stromfluß unterbrochen wird.The amount of movement of the disk 18 on the face 12 to can be limited to ensure that the passage opening 17 to the chamber is not blocked by the disc, and also to facilitate the return movement of the disc when the electrical current flow is interrupted.

In der in der Figur 3 gezeigten Anordnung sind zwei Nuten 20, 21 vorgesehen. Sie sind hier in Spiralform ausgebildet, und die eine ist innerhalb der anderen angeordnet. Jede Nut ent-In the arrangement shown in FIG. 3, two grooves 20, 21 are provided. They are formed here in a spiral shape, and one is arranged inside the other. Each groove is

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hält eine Wicklung, wobei die Stromflußrichtung in den beiden Nuten entgegengesetzt ist, sodaß die Stirnfläche 12 wiederum in Bereiche entgegengesetzter magnetischer Polarität aufgeteilt wird, durch die die Scheibe 18 zur Fläche 12 hin angezogen wird.holds a winding, the direction of current flow in the two grooves being opposite, so that the end face 12 again is divided into areas of opposite magnetic polarity, by means of which the disk 18 is attracted to the surface 12.

Der Grundaufbau der in den Figuren 4 und 5 gezeigten Einspritzdüse ist der gleiche wie derjenige der Düse nach .Figur 1. Unterschiedlich ist jedoch die Anordnung der Nuten. Im Grunde genommen ist nur eine endlose. Nut vorgesehen, die jedoch als aus zwei Nuten bestehend aufgefaßt werden kann, die an ihren Enden miteinander verbunden sind. Die beiden Nuten sind mit 22 und 23 bezeichnet und sind derart in die Stirnfläche 12 eingearbeitet, als ob sie sich nur in einer seitlichen Richtung erstrecken und gekrümmte Abschnitte aufweisen, die die sich seitlich erstreckenden Abschnitte miteinander verbinden. In den beiden Nuten ist nur eine einzige Wicklung angeordnet, die wie bei den vorigen Ausführungsbeispielen aus einer Einzelwindung oder einer Mehrzahl von Windungen bestehen kann. Die Figur 4 zeigt einen senkrecht zu den geraden Abschnitten der Nuten gelegten Schnitt, und es ist erkennbar, daß der Stromfluß in benachbarten Teilstrecken der Nuten entgegengesetzt gerichtet ist. Hierdurch werden die zwischen den Nuten liegenden Bereiche der Stirnfläche 12 in entgegengesetzte Richtung polarisiert, wodurch ein komplexes magnetisches Feldmuster entsteht, durch das die Scheibe 18 zur Stirnfläche 12 hin angezogen wird, wenn die Wicklung vom elektrischen Strom durchflossen wird.The basic structure of the injection nozzle shown in FIGS is the same as that of the nozzle according to Figure 1. Different however, is the arrangement of the grooves. Basically it's just an endless one. Groove provided, however, as out can be understood as consisting of two grooves which are connected to one another at their ends. The two grooves are with 22 and 23 and are worked into the end face 12 as if they only extend in a lateral direction and have curved portions interconnecting the laterally extending portions. In the two grooves is only a single winding is arranged, which, as in the previous exemplary embodiments, consists of a single turn or a plurality may consist of turns. FIG. 4 shows a section perpendicular to the straight sections of the grooves, and it can be seen that the flow of current is directed in opposite directions in adjacent sections of the grooves. Through this the areas of the end face 12 lying between the grooves are polarized in the opposite direction, as a result of which a complex magnetic field pattern is created by which the disk 18 is attracted to the end face 12 when the Electric current flows through the winding.

Bei den beschriebenen Düsen wird eine verhältnismäßig leichte Scheibe als Ventilkörper verwendet, sodaß das bei Strom-durchflossenerWicklung erzeugte magnetische Feld den Ventilkörper schnell in die öffnungsstellung bewegen kann. Der Kraftstoffdruck wird ausgenutzt, um den Ventilkörper in die Schließstellung zurückzubewegen. Dies kann durch eine leichte Feder unterstützt werden, die das Ventil in Schließstellung hält, wenn die Kraftstoff zufuhr abgeschaltet ist. Es versteht sich, daß der DeckelIn the case of the nozzles described, a relatively light disk is used as the valve body, so that this occurs when the winding is current-flowing generated magnetic field can move the valve body quickly into the open position. The fuel pressure is used to move the valve body back into the closed position. This can be supported by a light spring which keeps the valve in the closed position when the fuel supply is switched off. It goes without saying that the lid

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13 bevorzugt aus nicht-magnetisierbarem Material gebildet ist, um nicht einen alternativen Weg für den durch die Wicklung erzeugten magnetischen Kraftfluß zu bilden.13 is preferably made of non-magnetizable material, so as not to form an alternative path for the magnetic flux generated by the winding.

Die Figur 6 zeigt ein hohles Kunststoffgehäuse 24 aus drei ineinandergreifenden Teilen. Der Deckel 13 ist am offenen Ende des Gehäuses angebracht und enthält die Austrittsöffnung 14. Eine Kraftstoffeintrittsöffnung 25 ist am Gehäuse vorgesehen, und innerhalb des Gehäuses ist der Kern 26 angeordnet, der durch einen Ringflansch 27 in seiner Lage festgehalten wird. Der Spulenkern 26 enthält eine zentrale Bohrung 28, in der eine weiche Schraubenfeder 29 angeordnet ist, die mit ihrem einen En&gegen ein einstellbares Wieder lager 30 abgestützt ist und mit dem anderen Ende gegen den als Scheibe 31 ausgebildeten Ventilkörper anliegt.Figure 6 shows a hollow plastic housing 24 made of three interlocking Share. The cover 13 is attached to the open end of the housing and contains the outlet opening 14. A fuel inlet opening 25 is provided on the housing, and inside the housing, the core 26 is arranged, which is held in place by an annular flange 27. Of the Coil core 26 contains a central bore 28 in which a soft coil spring 29 is arranged, which with its one En & is supported against an adjustable re-bearing 30 and with the other end against that designed as a disk 31 Valve body rests.

Die der Scheibe 31 zugekehrte Fläche des Deckels ist mit einer vorstehenden Ringkante 32 versehen, die zusammen mit einem Vorsprung 33 der Scheibe 31 das Ventil bildet. Die Wicklungsanordnung ist die gleiche wie in den Figuren 1 und 2. Die der Scheibe zugekehrte Fläche des Kernes 26 ist mit einer nichtmagnetischen Schicht versehen, um durch Verringerung der magnetischen Haftung bzw. des magnetischen Klebens die Bewegung der Scheibe in die Schließstellung durch die Federkraft und den Kraftstoffdruck zu unterstützen.The disk 31 facing surface of the cover is provided with a protruding annular edge 32, which together with a Projection 33 of the disc 31 forms the valve. The winding arrangement is the same as in Figures 1 and 2. That of the Disc-facing surface of the core 26 is provided with a non-magnetic layer to reduce the magnetic Adhesion or magnetic sticking the movement of the disc into the closed position by the spring force and to support the fuel pressure.

Elastische Abdichtteile sind an verschiedenen Stellen vorgesehen, um Leckverluste an Kraftstoff zu vermeiden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt der Druck des der Einspritzdüse zugeführten Kraftstoffes im Bereich zwischen 0,35 und 2,10Elastic sealing parts are provided at various points to prevent fuel leakage. At a In a preferred embodiment, the pressure of the fuel supplied to the injection nozzle is in the range between 0.35 and 2.10

2
kg/cm . Durch Verändern der Position des Wiederlagers 30 kann über/Mies die durch die Feder 29 ausgeübte Kraft verändert werden,2
kg / cm. By changing the position of the abutment 30, the force exerted by the spring 29 can be changed via / Mies,

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Die beschriebene Düse arbeitet aus verschiedenen Gründen sehr schnell, insbesondere deshalb, weil der Ventilkörper sehr leicht ist und der magnetische Kraftfluß ebenfalls sehr wirksam ist. Ein starker Strom kann der Wicklung zugeführt werden, um eine schnelle Bewegung des Ventilkörpers zu erreichen, weil die Wicklung oder die Wicklungen durch den durch die Düse fließenden Kraftstoff gekühlt werden. Zusätzlich sei hervorgehoben, daßThe nozzle described works very quickly for various reasons, in particular because the valve body is very is light and the magnetic flux is also very effective. A strong current can be fed to the winding to achieve rapid movement of the valve body because the coil or coils flow through the nozzle Fuel to be cooled. In addition, it should be emphasized that

ist die Einspritzdüse im wesentlichen frei/von Paßflächen, die genau mechanisch bearbeitet sein müssen, und die im Falle aneinanderentlanggleitender Flächen die Kraft absorbieren, die auf den Ventilkörper wirkt, und die dadurch die Bewegung des Ventilkörpers verlangsamen. the injector is essentially free / of mating surfaces that exactly must be mechanically processed, and in the case of sliding along each other Areas absorb the force acting on the valve body, thereby slowing the movement of the valve body.

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Claims

Dr. Joachim Rasper _i Dr. Joachim Rasper _i

Patent attorney ^UI

Wiesbaden

Iforstodter H3he 22 T«i. Si 28 4»Iforstodter H3he 22 T «i. Si 28 4 »

LUCAS INDUSTRIES LIMITED

Birmingham, UK

Fuel injector

Claims ;

(T) Fuel injector with a valve body that corresponds to a valve seat cooperates in order to be able to prevent the escape of fuel through an outlet opening, and one electromagnetic actuator for moving the valve body away from the valve seat in order to enable fuel to flow out through the outlet opening, characterized in that the valve body consists of a disc (18, 31) made of magnetizable material, the valve seat by a sealing surface (15) is formed, into which an outlet opening (14) opens,

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and the electromagnetic actuator has a coil core (11, 26) with an end face (12) facing the disk (18, 31) which is arranged essentially parallel to the sealing surface (15), the end face (12) having a plurality next to one another contains arranged grooves (19-23), in which electrical windings are arranged, which are connected to one another are that when current flows through the current in adjacent sections of the grooves (19-23) is directed in the opposite direction, so that the adjacent areas of the between the grooves End face (12) oppositely polarized magnetically, whereby the disk (18, 31) is attracted to the end face (12) and is moved away from the sealing surface (15) so that fuel can exit through the outlet opening (14).

2. Fuel injection nozzle according to claim 1, characterized in that that the sealing surface (15) is formed by a cover (13) is, which is arranged at the end of a hollow plastic housing (24), and the coil core (26) is arranged in the housing (24) and is held at a distance from the cover (13) to a chamber (16) and a fuel inlet opening (17, 25) in the Chamber (16) to limit.

3. Fuel injection nozzle according to claim 1 or 2, characterized characterized in that an elastic member (29) acting on the valve body is provided to reduce the fuel pressure in to support the movement of the valve body into the closed position.

4. Fuel injection nozzle according to one of claims 1 to 3, characterized in that the grooves (19a-19c) are annular are trained.

5. Fuel injection nozzle according to one of claims 1 to 3, characterized in that two spiral grooves (20, 21) are provided which intermesh.

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6. Fuel injection nozzle according to one of claims 1 - 3, characterized in that two grooves (22, 23) are provided, which consist of straight sections, which through curved End sections are connected to one another, the straight sections of the two grooves being arranged alternately.

7. Fuel injection nozzle according to claim 3, characterized in that that the grooves (19a-19c) are annular and the elastic member consists of a helical compression spring

(29) consists in a hole formed in the coil core (11) (26) is arranged, as well as an adjustable abutment (30) in the housing (24) against which the compression spring (29) is supported, so that the force exerted by them is adjustable.

8. Fuel injection nozzle according to claim 7, characterized in that that the sealing surface (15) has a protruding annular edge (32) around the outlet opening (14) and the Disc (18) is provided with a projection (33) for cooperation with the annular edge (32).

9. Fuel injection nozzle according to claim 8, characterized in that that the housing (24) is made of plastic.

10. Fuel injection nozzle according to claim 1, characterized in that that the end face (12) of the coil core (26) facing the valve body (31) is provided with a thin layer of non-magnetic material.

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